CN101498740B - 车用组合传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同时采集汽车加速度和横摆角速度信号的组合传感器，包括单片机、加速度传感器工作电路模块、加速度模拟信号滤波电路模块、横摆角速度传感器工作电路模块、横摆角速度模拟信号的滤波电路模块、CAN总线光耦电路模块、CAN总线收发器电路模块、排针插座。本发明能够采集到汽车行驶过程中的加速度和横摆角速度传感器输出的模拟电压信号，可直接输出模拟信号，也可经AD转换为数字信号后，由CAN控制器以CAN信号发送出去。

Description

车用组合传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体的说是一种车用组合传感器。

背景技术

德国零部件公司博世发布调查报告称，预计在2012年，汽车电子稳定程序(ESP，也称ESC)的全球装备率，有望从2007年的34％提高到52％，其中美国的ESP装备率将接近100％，它是继ABS系统后的更加安全有效的汽车主动安全装置。

ESP系统主要由轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、加速度传感器、压力调节器、电控单元等组成。其中横摆角速度传感器和加速度传感器采集到的信号是ESP系统的ECU判断汽车状态的最为关键核心的信号。

目前，国内还有没有开发出自己的ESP系统，仍处于研究开发初期。国外公司的产品，已经有2轴(侧向加速度与横摆角速度)组合传感器的应用，但还未见有3轴(另加一纵向加速度)组合传感器的应用，且多以模拟量信号输出，难以实现传感器的共享，也容易受到外界的干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种在汽车行驶过程中能够采集到双轴(X轴和Y轴)加速度传感器和横摆角速度传感器输出的模拟信号，并将采集到的多轴信号以模拟信号和CAN信号两种信号方式输出的车用组合传感器。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：车用组合传感器，由单片机、加速度传感器工作电路模块、加速度模拟信号滤波电路模块、横摆角速度传感器工作电路模块、横摆角速度模拟量信号滤波电路模块、CAN总线光耦电路模块、CAN总线收发器电路模块、排针插座组成，加速度传感器工作电路模块输出的纵向及横向加速度模拟信号通过加速度模拟信号滤波电路模块滤波后输入单片机，横摆角速度传感器工作电路模块输出的横摆角速度模拟信号通过横摆角速度模拟信号滤波电路模块滤波后输入单片机，横摆角速度传感器工作电路模块输出的温度模拟信号直接输入单片机，单片机根据温度模拟信号的AD转换值，确定当前温度，并对横摆角速度模拟信号的AD转换值进行温度补偿，单片机将横摆角速度模拟信号温度补偿后的AD转换值和纵向及横向加速度模拟信号的AD转换值合并为一组多轴信号输出到CAN总线光耦电路模块，CAN总线光耦电路模块将前述多轴信号输出到CAN总线收发器电路模块，CAN总线收发器电路模块将前述多轴信号以CAN信号的形式输出到排针插座。

本发明的车用组合传感器，加速度模拟信号滤波电路模块，除了将纵向及横向加速度模拟信号输出到单片机外，还将纵向及横向加速度模拟信号输出到排针插座。横摆角速度模拟信号滤波电路模块除了将横摆角速度模拟信号输出到单片机外，还将横摆角速度模拟信号输出到排针插座。横摆角速度传感器工作电路模块除了将温度模拟信号输出到单片机外，还将温度模拟信号输出到排针插座。

本发明的优点是：本发明能够采集到汽车行驶过程中的加速度和横摆角速度传感器输出的模拟电压信号，可直接输出模拟信号，也可经AD转换为数字信号后，以CAN信号发送出去。可实现传感器的共享，不易受到外界的干扰。

附图说明

图1是本发明的组成模块图。

图2是横摆角速度传感器ADXRS613工作电路模块和横摆角速度模拟信号的滤波电路模块图。

图3是加速度传感器ADXL203工作电路模块和加速度模拟信号滤波电路模块图。

图4是单片机MC9S08DZ16MLC工作电路模块图。

图5是单片机MC9S08DZ16MLC复位电路和仿真器接口电路图。

图6是光耦芯片HCPL2630工作电路模块图。

图7是CAN收发器工作电路模块图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的组成模块如图1所示，是一种汽车加速度和横摆角速度多轴模拟量值采集并以模拟信号和CAN信号的形式输出的组合传感器，由单片机3、加速度传感器工作电路模块7、加速度模拟信号滤波电路模块8、横摆角速度传感器工作电路模块1、横摆角速度模拟信号滤波电路模块2、CAN总线光耦电路模块4、CAN总线收发器电路模块5、排针插座6组成。

加速度传感器工作电路模块7输出的纵向及横向加速度模拟信号通过加速度模拟信号滤波电路模块8滤波后输入单片机3，横摆角速度传感器工作电路模块1输出的横摆角速度模拟信号通过横摆角速度模拟信号滤波电路模块2滤波后输入单片机3，单片机3将前述两组模拟输入信号转换为数字信号，并通过单片机3自带的CAN控制器，将转换后的数字信号合并成一组多轴信号输出到CAN总线光耦电路模块4，CAN总线光耦电路模块4将前述多轴信号输出到CAN总线收发器电路模块5，CAN总线收发器电路模块5将前述多轴信号以CAN信号的形式输出到排针插座6。

加速度模拟信号滤波电路模块8，除了将纵向及横向加速度模拟信号输出到单片机3外，还将纵向及横向加速度模拟信号直接输出到排针插座6。

横摆角速度模拟信号滤波电路模块2，除了将横摆角速度模拟信号和温度模拟信号输出到单片机3外，还将横摆角速度模拟信号和温度模拟信号直接输出到排针插座6。

如图2，在横摆角速度传感器工作电路模块1中，为了提高横摆角速度传感器芯片ADXRS613(以下简称ADXRS613)电源的质量，在ADXRS613的VDD脚和PGND脚之间增加电容C4和电容C6，在AVCC引脚和AGND引脚之间增加电容C5和电容C7，用于对电源中的干扰和杂质信号进行过滤。ADXRS613为模拟器件而单片机3为数字器件，为了最大程序上减小数字电路对模拟电路的干扰，ADXRS613和单片机3要分别使用不同的5V电源供电。为了避免造成浮地，在排针插座6处，将两者电源地单点连接。在ADXRS613的VDD引脚和电源之间增加一个电阻R1，在电源和ADXRS613的AVcc引脚之间增加一个电阻R2，以减小组合传感器电路板上的数字工作电路对传感器输出信号的干扰。ADXRS613输出的横摆模拟电压信号通过设置横摆角速度模拟信号滤波电路模块2中电容C1值的大小，可以调节其带宽。例如C1＝0.01uF时，带宽为80HZ。横摆角速度的模拟电压信号经ADXRS613的B1和A2两个引脚输出，ADXRS613内置的温度传感器输出的模拟电压信号经F3和G3引脚输出。

如图3，加速度传感器工作电路模块7中的加速度传感器芯片采用的ADXL203芯片(以下简称ADXL203)，能够采集到双轴(X轴和Y轴)加速度信号，量程为±1.7g。ADXL203输出的模拟信号的带宽可以通过改变加速度模拟信号滤波电路模块8中的电容C19和电容C20值的大小进行设置。通过改变电容C19和电容C20的值，ADXL203输出的模拟信号的带宽可在10-500HZ之间进行调节。ADXL203带有自测功能，可以方便的检测传感器是否正常工作。ADXL203为模拟器件可与ADXRS613共用一个电源。在ADXL203的工作电路模块中，为了提高ADXL203电源的质量，在ADXL203的Vs和COM之间增加电容C14和电容C15对电源的高低频干扰信号进行过滤。在电源与ADXL203的VDD引脚之间需增加一个电阻R5，以减小组合传感器电路板上的数字工作电路对ADXL203输出信号造成的干扰。ADXL203输出的X轴加速度模拟信号经ADXL203的Xout引脚输出，Y轴加速度模拟信号经ADXL203的Yout引脚输出。

如图4和图5，单片机3中的单片机芯片，采用了飞思卡尔的8位机MC9S08DZ16MLC，以下简称MC9S08DZ16MLC，MC9S08DZ16MLC自带AD转换模块和CAN控制器模块。其中AD转换模块有三种工作模式：8位转换工作模式、10位转换工作模式、12位转换工作模块。单片机3的AD转换通道支持较高的输出内阻，最大可为20MΩ。横摆角速度传感器ADXRS613的内阻为180KΩ，而加速度传感器ADXL203的内阻为32KΩ，并且横摆角速度传感器ADXRS613和加速度传感器ADXL203输出的模拟电压信号都在0-5V之间，因此无需将模拟电压信号进行功率放大，可直接进入单片机3的AD转换通道进行AD转换。单片机3的晶振采用4MHZ有源晶振，给单片机3提供更加稳定精确的工作时钟。横摆角速度传感器ADXRS613输出的温度模拟信号进入到单片机3的AD转换通道0(MC9S08DZ16MLC的A0引脚)，横摆角速度传感器ADXRS613输出的横摆角速度模拟信号进入到单片机3的AD的转换通道1(MC9S08DZ16MLC的A1引脚)，加速度传感器ADXL203的输出的X轴模拟信号进入到单片机3的AD转换通道2(MC9S08DZ16MLC的A2引脚)，加速度传感器ADXL203输出的Y轴模拟信号进入到单片机3的AD转换通道3(MC9S08DZ16MLC的A3引脚)。MC9S08DZ16MLC的E6引脚用于输出CAN信号，E7引脚用于接收CAN信号。单片机上电后，首先执行系统初始化子程序(包括系统时钟配置子程序、端口初始化子程序、CAN模块初始化子程序、AD转换模块初始化子程序、定时器初始化子程序、中断允许设置子程序)，接着执行0-3通道AD轮流转换子程序，并通过AD通道0的转换结果对AD通道1的转换结果的补偿系数进行调整，直到定时器中断产生，定时器中断后把0-3通道的AD转换结果通过MC9S08DZ16MLC的CAN控制器发送出去，然后返回0-3通道的AD轮流转换子程序继续循环运行，直到下一次定时器中断的产生，以后程序的执行过程依些类推。

如图6，CAN总线光耦电路模块4，为了进一步提高系统的抗干扰能力，在单片机芯片MC9S08DZ16MLC的CANTX引脚和CANRX引脚与CAN总线收发器电路模块5中的CAN收发器芯片TJA1050(以下简称TJA1050)之间并不是直接相连，而是通过高速光耦芯片HCPL2630U4(以下简称HCPL2630U4)和高速光耦芯片HCPL2630U5(以下简称HCPL2630U5)构成的隔离电路与TJA1050相连，这样可以很好的实现单片机3的工作电路与CAN总线上其它节点工作电路的电气隔离，有效的提高了节点的稳定性和安全性。为了实现单片机MC9S08DZ16MLC与TJA1050之间真正的电气隔离，单片机MC9S08DZ16MLC和TJA1050需要分别使用不同的5V电源来供电。HCPL2630U4的IN1L脚接收到MC9S08DZ16MLC的E6引脚发来的CAN信号后，再经HCPL2630U4的OUT1脚输出，传送给CAN收发器TJA1050的TXD引脚。HCPL2630U5的IN1L引脚接收TJA1050的RXD引脚传来的CAN信号后，经HCPL2630U5的OUT1引脚输出，传送给MC9S08DZ16MLC的E7引脚。

如图7，CAN总线收发器电路模块5采用了TJA1050(汽车级)高速CAN收发器芯片(以下简称TJA1050)，具有较高的通信速率，最高速率可达1Mbit/s。通过改变TJA1050引脚S的状态可以选择TJA1050的工作模式为高速工作模式或静音工作模式，在本发明中TJA1050引脚S的状态由MC9S08DZ60MLC的D0引脚控制。CAN总线上两端节点一般加上两个60Ω的电阻R10和R11以及4.7nF的电容C21对信号吸收，以避免信号反射。在TJA1050的VCC引脚和GND引脚之间增加电容C18，用于去耦。TJA1050的TXD引脚接收HCPL2630U4的OUT1引脚输出的信号，并通过CAN总线收发器电路模块5发送到CAN总线上。TJA1050的RXD引脚接HCPL2630U5的IN1L引脚。TJA1050的RXD引脚把从CAN总线上接收到的CAN信号传送给HCPL2630U5的IN1L引脚。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.车用组合传感器，其特征在于：由单片机(3)、加速度传感器工作电路模块(7)、加速度模拟信号滤波电路模块(8)、横摆角速度传感器工作电路模块(1)、横摆角速度模拟信号滤波电路模块(2)、CAN总线光耦电路模块(4)、CAN总线收发器电路模块(5)、排针插座(6)组成，所述加速度传感器工作电路模块(7)输出的纵向及横向加速度模拟信号通过所述加速度模拟信号滤波电路模块(8)滤波后输入单片机(3)，所述横摆角速度传感器工作电路模块(1)输出的横摆角速度模拟信号通过所述横摆角速度模拟信号滤波电路模块(2)滤波后输入单片机(3)，所述横摆角速度传感器工作电路模块(1)输出的温度模拟信号直接输入单片机(3)，所述单片机(3)根据温度模拟信号的AD转换值，确定当前温度，并对横摆角速度模拟信号的AD转换值进行温度补偿，所述单片机(3)将横摆角速度模拟信号温度补偿后的AD转换值和纵向及横向加速度模拟信号的AD转换值合并为一组多轴信号输出到所述CAN总线光耦电路模块(4)，所述CAN总线光耦电路模块(4)将前述多轴信号输出到所述CAN总线收发器电路模块(5)，所述CAN总线收发器电路模块(5)将前述多轴信号以CAN信号的形式输出到所述排针插座(6)。

2.如权利要求1所述的车用组合传感器，其特征在于：所述加速度模拟信号滤波电路模块(8)还将纵向及横向加速度模拟信号输出到所述排针插座(6)。

3.如权利要求1所述的车用组合传感器，其特征在于：所述横摆角速度模拟信号滤波电路模块(2)还将横摆角速度模拟信号输出到所述排针插座(6)。

4.如权利要求1所述的车用组合传感器，其特征在于：所述横摆角速度传感器工作电路模块(1)还将温度模拟信号输出到所述排针插座(6)。

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